Устройство для проведения химических процессов

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 159612 7/ ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОБРЕТЕНИ ИОАН ДЕТЕЛЬСТВ У АВТОРСКОМ бров и М. ов Даужбы рскии ордена ый университ(71) Кабардино-Балк народов государствен (53) 66.063 (088.8) (56) 1, Методическое раторным работам по поликонденсация, С Нальчик, 1978, с. 15.2. Авторское свид1016699, кл. С 01 аборуковосдство к курсу Неравно интез полиэфир сна в СССР21.04.81. тел ьст К 17/О г 1 иг.(54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, содержащее термостатированный реакционный сосуд с днищем, мешалку с исполнительным механизмом и разрушаемые ампулу, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и надежности, мешалка снабжена устройством для закрепления ампулы, выполненным в виде стакана по меньшей мере с одним радиальным эллиптическим сквозным отверстием.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что днище снабжено эксцентричным выступом.3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что разрушаемые ампулы снабжены радиальным отростком, расположенным в Е верхней их части.Изобретение относится к химии и может быть использовано для изучения кинетических характеристик химических процессов, преимущественно поликонденсационных, а также в калориметрии.Известна установка для определения5 кинетических параметров реакции, содержащая термостат с реакционной колбой, снабженной вводами реагентов и инертного газа, а также выводами продуктов реакции и мешалкой, специальную склянку для улав- О ливания выделяющегося при реакции НС 1.Однако она не обеспечивает необходимой точности исследований.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является реакционный сосуд калориметра, содержащий рабочую камеру, размещенный в камере исполнительный механизм, выполненный в виде разрушаемой ампулы и бойка-мешалки, соединенной с полым што ком сменным стержнем, и связанный с манипулятором, уплонительный узел с фиксатором и механизм управления, размещенный между манипулятором и рабочей камерой 2.25Однако известное устройство имеет ограниченное применение, поскольку выполнение в нем рабочей камеры герметичной не предусматривает возможности продувки реакционной среды инертным газом и выноса им продуктов реакции для последую щего их анализа. Кроме того, известное устройство обеспечивает проведение процессов с использованием не более двух легко- летучих реагентов, один из которых помещается в ампулу, а другой - в камеру, что в целом ограничивает класс исследуемых35 процессов.В известном устройстве отличающемся сложностью, отсутствует средство для крепления легко бьющихся ампул непосредственно на мешалке, что практически исключает 40 возможность их вращения и перемешивания реакционной среды при проведении процесса, а также делает невозможным располагать ампулы в заданных, фиксированных зонах реакционного объема, например при45 необходимости установки в нем иных средств в область с наименьшим градиентом температуры, положение которой может зависеть от расхода инертного газа и других факторов, что сказывается и на точности экспериментальных результатов. 50Цель изобретения - повышение производительности и надежности.Поставленная цель достигается тем, чтов устройстве для проведения химических процессов, содержащем термостати рова нный реакционный сосуд с днищем, мешалку с исполнительным механизмом и разрушаемые ампулы, мешалка снабжена устройством для закрепления ампулы, выполненным в виде 2стакана по меньшей мере с одним радиальным эллиптическим сквозным отверстием.При этом днище снабжено эксцентричным выступом.Кроме того, разрушаемые ампулы снабжены радиальным отростком, расположенным в верхней их части.На фиг, 1 показан вариант конструкции устройства со средствами подвеской одной сферической ампулы; на фиг. 2 - то же, со средством подвески двух сферических ампул; на фиг. 3 - сечение А - А на фиг. 1 на фиг. 4 - сечение Б - Б на фиг. 2; на фиг. 5 - сечение В - В на фиг. 3.Устройство содержит термостат 1, реакционный сосуд 2, снабженный вводами 3 и 4 соответственно для вещества и газа-носителя, выводом продуктов реакции (не показан) и мешалкой 5 с крыльчаткой-лопастями 6 для перемешивания реакционной среды (содержимого реакционной зоны) 7,На конце мешалки крепится либо одна сферическая ампула 8 с одним реагентом, либо две ампулы 9 и 1 О полусферической формы, снабженные на вытянутом конце отростками 11, которые располагаются, как преимущественный вариант, горизонтально, а средство для крепления ампул выполнено в виде радиального канала 12 эллиптического сечения, по меньшей мере, с одним боковым ответвлением 13 в стакане мешалки, причем в зонах пересечения с каналом 12 ответвления 13 имеют расширенные участки 14. При закреплении ампулы 8 (фиг. 1, 3) ее,конец с отростком 11 вводят по каналу 12 до уровня ответвления 13, где ее поворачивают на 90,в результате чего отросток 11, пройдя по участку 4, попадает в ответвление 13 до упора с его боковой поверх-, ностью 15 и .опускается на его ложе 16, выполненное со скосом к вертикальной оси мешалки. Для надежной фиксации в стенке канала 12 напротив ответвления 13 выполнено углубление 17, в которое попадает вытянутый конец ампулы при соскальзывании с поверхности ложа 16 ее отростка.При вращении мешалки отросток 11 прижимается к поверхности 15, Если используется мешалка с обратным вращением, необходимо (в процессе изготовления мешалки) изменить положение участка 14 на противоположное. В случае использования двух ампул 9 и 1 О (фиг. 2, 4) при вращении мешалки они прижимаются одна к другой, что обеспечивает их надежную фиксацию.Для контроля температурыв сосуде 2 служит преобразователь температуры (датчик) 18, связанный с нагревателем 19, а в термостате 1 - преобразователь темпера. туры (датчик) 20, связанный с нагревателем 21, Расположенные вокруг сосуда электроды 22 и 23 служат для создания в реак3ционной зоне электрического (электромагнитного) поля.Несколько иное исполнение имеет устройство для проведения низкотемпературной полиэтерификации (фиг, 2). В данном случае реакционный сосуд (реактор) 2 устанавливают в калориметр 24, снабженный внутренним и внешним преобразователями температуры - датчикам и, выполненными, например, в виде цилиндрических стаканов 25 и 26, подключенными к схеме 27 измере- О ния, с выхода которой сигнал, соответсвующий разности температур Ь Т внутри и вне калориметра (последний может быть помещен в термостат), подается на регистратор 28, например самописец КСП 4 И,Для поддержания с высокои точностьюо15 скорости вращения мешалки с закрепленными на ней ампулами служит схема 29 стабилизации оборотов, управляющая приводом ЗО мешалки, постоянно анализируя сигнал с преобразователя угол поворота - 20 код 31, установленногона оси привода.Мешалка снабжена исполнительным механизмом 32, обеспечивающим ее вертикальное перемещение, необходимое для разрушения ампул, происходящего в результате их надавливания на выступ ЗЗ на дне сосуда. В варианте устройства с одной капсулой (фиг. 1) выступ ЗЗ смещен на необходимую величину в сторону от оси реактора.Контроль за температурой реакционной среды 7 обеспечивает быстродействующий зо преобразователь в датч 34, подключенный к схеме 35 измерения, сигнал с выхода которой подается на регистратор 28.Работа устройства показана на примерах высокотемпературной поликонденсации (для варианта по фиг. 1) и низкотемпературной З 5 поликонденсации (для варианта по фиг. 2), При этом необходимо учесть, что поскольку от точности поддержания соотношения веществ, вступающих в реакцию, зависит ее ход и воспроизводимость результатов, за О ранее приготовляют серию ампул со строго дозированным количеством веществ, подвергая капсулированию наиболее легколетучие и малостойкие из них..Пример 1. Проведение реакции высокотемпературной поликонденсации 4,4-ди оксидифенил,2-пропана (диана) с дихлорангидридом изофталевой кислоты (ДХАИК).Ампулу 8, содержащую реагент Р 2 . - раствор О, 40605 г (0,002 моль) ДХАИК в 3 мл дифенилоксида, закрепляют на нижнемконце мешалки 5. В реакционном сосуде 2 растворяют 0,45658 г (0,002 моль) диана в 17 мл дифенилоксида, вводят в полученный раствор - реагент 1 мешалку с ампулой погружения последней, закрывают сосуд пробкой и приводят мешалку во вращение с 55 заданной, например Юд = 000 об мин , скоростью. обеспечивая стабильность вращения с точностью -0,5/О в течение всего процесса, после чего осуществляют нагрев со скоростью = 0,4 град с-, Одновременно с нагревом реагентов Р и Р 2 нагревается и подаваемый через ввод 4 инертный газ - азот, пропускаемый через реакционную смесь 7.По достижении заданной температуры Т у реакционной смесью 7 и уравнивая ее с температурой реагента Р 2 в ампуле 8, что достигается некоторой заданной временной выдержкой содержимого реакционной зоны при Т уст (в данном случае термостатирование обеспечивается с точностью + 0,1 С), с помощью исполнительного механизма 32 опускают мешалку с ампулой 8 на 2 - 4 мм, которая после приведения в контакт с выступом 33 легко разрушается, а реагент Р 2 начинает смешиваться с реагентом Р 1, вступая с ним в реакцию, о чем свидетельствует выделяющийся НС 1, регистрируемый известным методом, например титрованием нормальной щелочью.По полученным данным о выделении НС 1 строят кинетическую кривую и определяют константу скорости К, энергию активации Е и другие необходимые характерис-, тики процесса.Непрерывная регистрация НС 1 по электропроводности его, водного раствора позвоЛяет определять К с точностью +0,8%.Значения полученных констант скорости К, относительной погрешности Ь к/к 100% степени завершенности и энергии активации Е в зависимости от Тс в сравнении с базовым объектом 1) приведены в табл. 1.В табл. 2 приведены значения указанных параметров для реакции диана и дихлорангидрида 1,1-дихлор,2-ди(п-карбоксифенил) этилена при различных температурах.Пример 2. Проведение реакции низкотемпературной полиэтерификации диана с ДХАИК.В силу больших скоростей, характеризующих данный тип реакции, используютея слабоконцентрированные растворы реагентов (- 0,01 - 0,001 моль/л).В одногорлую колбу - сосуд 2 со специальной фторопластовой пробкой 6 заливают 14 мл дихлорэтана - Р 1.В полусферические ампулы 9 и 10 поме- щают соответственно реагент Р 2 - раствор 0,(И 566 г (0,0002 моль) диана и 0,056 мл (0,0004 моль) трйэтиламина в 3/о мл дихлорэтана и реагент РЗ - раствор 0,04061 г (0,0002 моль) ДХАИК в Зо/о мл дихлорэтана. Затем ампулы 9 и 10 закрепляют на конце мешалки 5 и после установки последней в сосуде 2 его помегцают в калориметр и приводят мешалку во вращение.После того, как температура в калориметре 24 (определяется датчиком 25) сравняется с заданной температурой Тч =-3015в термостате (не показан), а ее абсолютное значение дрейфа Т составляет 0,0025 С за 30 мин (измеряется схемой 27), ампулы вскрываются указанным приемом и осуществляется запуск реакции, о ходе которой судят по изменениям температуры ЬТ и дТ/дт в колбе, происходящим за счет выделяющегося при реакции тепла, фиксируемого датчиком 34, Величины ЬТ и дТИг записываются самописцем 28. 159612 Вычисленное значение константы скорости реакции равно 528 л/мольс,Таблица 1 Предлагаемое устройств Степень Базовый объект Температура,ЬК 100 " К10кКвл/моль л/моль с К 10л/моль с д Е,100% ккал/моль11,9 24,2 21,4 10,70 1 1,5 0,64 170 1,4 17,99 13,0 0,75 19,9 180 1,5 32,00 16,0 34,5 0,83 190 0,89 1,6 30,30 16,0 54,3 200 Таблица 2 Д К10 л/моль с ( Ь к/к) 100% Е, ккал/моль Степень Температурапроведенияреакции, ТустОС завершенностиреакции через 5 ч 18,1 2,06 140 0,60 3,41 0,71 150 4,77 0,77 1,2 160 0,84 7,05 1,2 170 1,4. 12,70 180 0,90 проведения завершен- реакции, ностиТуст,С через 10 ч Предлагаемое устройство существеннорасширяет экспериментальные возможности, поскольку делает возможным проведение более широко класса реакции (прототип не обеспечивает возможности осуществления реакции поликонденсации) при различных скоростях перемешивания реакционной среды.Кроме того, предлагаемое устройство отличается простотой конструкции и надежно 1 ц стью и обеспечивает высокую точность ивоспроизводимость экспериментальных результатов.Билак едактор А. Ша аказ 3624 /б р 4 ВНИИПпо113035,лиал ПП Составитель А. ЛихановТехред И. Верес КорректоТираж 587 ПодписноГосударственного комитета СССРелам изобретений и .открытийсква, Ж - 35, Раушская наб., д.4/Патент, г. Ужгород, .ул. Проектна